實(shí)驗(yàn)四 提高功率因數(shù)的研究

1、 實(shí)驗(yàn)四 日光燈電路及功率因數(shù)提高一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究提高感性負(fù)載功率因數(shù)的方法和意義；2進(jìn)一步熟悉、掌握使用交流儀表和自耦調(diào)壓器；3進(jìn)一步加深對(duì)相位差等概念的理解。二. 實(shí)驗(yàn)原理概述及說明供電系統(tǒng)由電源（發(fā)電機(jī)或變壓器）通過輸電線路向負(fù)載供電。負(fù)載通常有電阻負(fù)載，如白熾燈、電阻加熱器等，也有電感性負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)、變壓器、線圈等，一般情況下，這兩種負(fù)載會(huì)同時(shí)存在。由于電感性負(fù)載有較大的感抗，因而功率因數(shù)較低。P UI coscos若電源向負(fù)載傳送的功率，當(dāng)功率 P 和供電電壓 U 一定時(shí)，功率因數(shù)越低，R線路電流 I 就越大，從而增加了線路電壓降和線路功率損耗,若線路總電阻為，則線路電壓降和線路功

2、率lU IR P I 2R；另外，負(fù)載的功率因數(shù)越低，表明無功功率就越大，電源就必?fù)p耗分別為和llll須用較大的容量和負(fù)載電感進(jìn)行能量交換，電源向負(fù)載提供有功功率的能力就必然下降，從而降低了電源容量的利用率。因而，從提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和供電質(zhì)量，必須采取措施提高電感性負(fù)載的功率因數(shù)。通常提高電感性負(fù)載功率因數(shù)的方法是在負(fù)載兩端并聯(lián)適當(dāng)數(shù)量的電容器，使負(fù)載的總無功功率 QQ Q 減小，在傳送的有功率功率 P 不變時(shí)，使得功率因數(shù)提高，線路電流減小。當(dāng)并聯(lián)電容器的 Q LCCcosQ 時(shí)，總無功功率 Q0，此時(shí)功率因數(shù)1，線路電流 I 最小。若繼續(xù)并聯(lián)電容器，將導(dǎo)致功率因L數(shù)下降，線路電流增大

3、，這種現(xiàn)象稱為過補(bǔ)償。P cos負(fù)載功率因數(shù)可以用三表法測量電源電壓 U、負(fù)載電流 I 和功率 P，用公式計(jì)算。UI本實(shí)驗(yàn)的電感性負(fù)載用鐵心線圈，（日光燈鎮(zhèn)流器）電源用 220V 交流電經(jīng)自耦調(diào)壓器調(diào)壓供電。三. 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1交流電壓表、電流表、功率表（在主控制屏上）2自耦調(diào)壓器（輸出交流可調(diào)電壓）3. 實(shí)驗(yàn)元件箱二圖8-1 日光燈電路實(shí)驗(yàn)電路圖四. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟按圖 8-1 組成實(shí)驗(yàn)電路經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后，按下按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)自耦變壓器的輸出電壓為 220V，記錄功率表、功率因數(shù)表、電壓表和電流表的讀數(shù)，接入電容，從小到大增加電容容值，記錄不同電容值時(shí)的功率表、功率因數(shù)表、電壓表和電流表的讀

4、數(shù)，并記入表 8-2 中。表 8-2 提高感性負(fù)載功率因數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)cosC （F） P（W） U（V） U （V） U （V） U （V） I（A） I （A） I （A）CLACL 7.5五實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1功率表要正確接入電路，通電時(shí)要經(jīng)指導(dǎo)教師檢查。2注意輸出電壓為零(即調(diào)壓器逆時(shí)針旋到底)3本實(shí)驗(yàn)用電流取樣插頭測量三個(gè)支路的電流。4在實(shí)驗(yàn)過程中，一直要保持負(fù)載電壓 U 等于 220V，以便對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。2六. 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與思考1一般的負(fù)載為什么功率因數(shù)較低？負(fù)載較低的功率因數(shù)對(duì)供電系統(tǒng)有何影響？為什么？2為了提高電路的功率因數(shù)，常在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，此時(shí)增加了一條電流支路，試問電路

5、的總電流是增大還是減??？此時(shí)感性負(fù)載上的電流和功率是否改變？3提高線路功率因數(shù)為什么只采用并聯(lián)電容器法，而不用串聯(lián)法？4自擬實(shí)驗(yàn)所需的所有表格。5.了解日光燈工作原理七. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求及結(jié)果分析1根據(jù)實(shí)驗(yàn) 1、2 數(shù)據(jù)，計(jì)算出日光燈和并聯(lián)不同電容器時(shí)的功率因數(shù)。并說明并聯(lián)電容器對(duì)功率因數(shù)的影響。繪制出功率因數(shù)與所并電容的曲線,所并電容是否越大越好?2根據(jù)表 81中的電流數(shù)據(jù)，說明 II I 嗎？為什么？CRL3畫出所有電流和電源電壓的相量圖，說明改變并聯(lián)電容的大小時(shí)，相量圖有何變化？4根據(jù)實(shí)驗(yàn) 2、3 數(shù)據(jù)，從減小線路電壓降、線路功率損耗和充分利用電源容量兩個(gè)方面說明提高功率因數(shù)的經(jīng)濟(jì)意義。5

6、回答思考題 1、2、3。八 綜合實(shí)驗(yàn)（大型作業(yè)）功率因素提高這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與工程實(shí)際聯(lián)系緊密。在完成一套日光燈電路提高功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，要求同學(xué)查閱資料，了解工業(yè)中功率因數(shù)的意義以及提高功率因數(shù)的方法，利用幾套日光燈設(shè)計(jì)出分組補(bǔ)償，集中補(bǔ)償方案。設(shè)計(jì)方案經(jīng)指導(dǎo)教師檢查，學(xué)生修改完善之后，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間完成，并寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。九 電力系統(tǒng)提高功率因數(shù)的必要性及其補(bǔ)償途徑1. 提高功率因數(shù)的意義對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)，除白熾燈、電阻電熱器等設(shè)備負(fù)荷的功率因數(shù)接近于 1 外，而其他如三相交流異 步電動(dòng)機(jī)、三相變壓器、電焊機(jī)、電抗器、架空線等的功率因數(shù)均小于 1，特別是在輕載情況下，功率因

7、數(shù)更加降低，而用電設(shè)備功率因數(shù)的偏低，將對(duì)電網(wǎng)及工業(yè)企業(yè)、設(shè)備造成影響提高功率因數(shù)，可挖掘發(fā)電設(shè)備的潛力。發(fā)電機(jī)是通過額定電流與額定電壓之積定額的，有功功率P=UI cos=S cos,視在功率 S 一定，如果功率因數(shù)提高，即功率因數(shù)角由 到 ，（ ）則發(fā)電設(shè)備1212可以提供的有功功率 P 也隨之增大?？梢娫诎l(fā)電設(shè)備容量不變的條件下，功率因數(shù)提高可以少送無功功率，多送有功功率。發(fā)電機(jī)容量達(dá)到充分利用，達(dá)到銘牌出力。提高功率因數(shù)，可以減少發(fā)電機(jī)繞組和輸電線上的功率損耗和電壓損失。I=P/ Ucos，在 P、U 一定時(shí)，cos 提高，電流 I 下降，電壓損失U=IR 下降，繞組與輸電線功率損耗P

8、=I R (R 為內(nèi)阻)下降。22 提高功率因數(shù)的方法自然功率因數(shù)提高的方法。正確選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)，規(guī)格和容量，使其接近滿載運(yùn)行；使其額定容量與所帶負(fù)載相配合。在選型方面要注意選用節(jié)能型，淘汰高能耗的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)負(fù)荷選用相匹配的變壓器，改善變壓器的運(yùn)行方式。為了充分利用設(shè)備提高功率因數(shù) ,變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)負(fù)載率比較低的配電室，采取撤、換、并、停等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。工廠企業(yè)有時(shí)僅靠提高自然功率因數(shù)的方法，一般不能滿足要求，需要安裝補(bǔ)償裝置對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償，其中最常用的方法是，在供電線路中加裝并聯(lián)的電力電容器，對(duì)電感性負(fù)載

9、進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。集中補(bǔ)償。將電容器安裝于變電所一次或二次側(cè)的母線上，實(shí)際中會(huì)將電容器安裝在變電所的高壓母線上如圖 1 或低壓母線上如圖 2。圖 1 高壓集中補(bǔ)償電路圖圖個(gè)別補(bǔ)償。在用電設(shè)備附2低壓集中補(bǔ)償電路圖近按其本身無功功率的需要量一套控制系統(tǒng)，同時(shí)投入運(yùn)行和不但可使高壓線路上的電流減的電流也同時(shí)減小，電壓損失功裝設(shè)電容器組與用電設(shè)備共用斷開。采用這種方式的特點(diǎn)是小，而且低壓干線和分支線上率的損失相應(yīng)降低，使無功功率得到徹底補(bǔ)償，適用于低壓網(wǎng)絡(luò)。 如圖 3 為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)補(bǔ)償 圖 3單獨(dú)補(bǔ)償電路圖分組補(bǔ)償。將電容器組安裝在車間配電室或變電室各分路出線上，它可與工廠部分負(fù)荷的變動(dòng)同時(shí)投入

10、或切除，也就是在實(shí)際中將電容器分別安裝在各車間配電盤的母線上。十 日光燈工作原理日光燈的工作原理是：當(dāng)開關(guān)接通的時(shí)候，電源電壓立即通過鎮(zhèn)流器和燈管燈絲加到啟輝器的兩極。220 伏的電壓立即使啟輝器的惰性氣體電離，產(chǎn)生輝光放電。輝光放電的熱量使雙金屬片受熱膨脹，兩極接觸。電流通過鎮(zhèn)流器、啟輝器觸極和兩端燈絲構(gòu)成通路。燈絲很快被電流加熱，發(fā)射出大量電子。這時(shí)，由于啟輝器兩極閉合，兩極間電壓為零，輝光放電消失，管內(nèi)溫度降低；雙金屬片自動(dòng)復(fù)位，兩極斷開。在兩極斷開的瞬間，電路電流突然切斷，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢，與電源電壓疊加后作用于管兩端。燈絲受熱時(shí)發(fā)射出來的大量電子，在燈管兩端高電壓作用下，以極大的速度由低電勢端向高電勢端運(yùn)動(dòng)。在加速運(yùn)動(dòng)的過程中，碰撞管內(nèi)氬氣分子，使之迅速電離。氬氣電離生熱，熱量使水銀產(chǎn)生蒸氣，隨之水銀蒸氣也被電離，并發(fā)出強(qiáng)烈的紫外線。在紫外線的